中國農(nóng)機工業(yè)協(xié)會風(fēng)能設(shè)備分會 ■ 沈德昌

我國海上風(fēng)電建設(shè)發(fā)展現(xiàn)狀

中國農(nóng)機工業(yè)協(xié)會風(fēng)能設(shè)備分會 ■ 沈德昌

1　我國海上風(fēng)電建設(shè)處于起步階段

海上風(fēng)電是風(fēng)電技術(shù)的前沿領(lǐng)域，也是近年來國際風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點領(lǐng)域。目前，歐洲國家海上風(fēng)電已進入規(guī)?；l(fā)展階段。而我國海上風(fēng)電尚處于起步階段，沿海各省級能源主管部門都高度重視海上風(fēng)電發(fā)展，把積極建設(shè)海上風(fēng)電作為當(dāng)前新能源發(fā)展的重要工作。江蘇、福建、廣東等省市認(rèn)真梳理了納入海上風(fēng)電開發(fā)建設(shè)項目的進展情況，系統(tǒng)分析建設(shè)方案落實中遇到的困難和問題，提出了切實可行的解決措施和進度計劃，正在加快推動我國海上風(fēng)電建設(shè)的健康發(fā)展。

我國制定的海上風(fēng)電上網(wǎng)電價為：潮間帶風(fēng)電場0.75元/kWh，近海風(fēng)電場0.85元/kWh。沿海各省市正在醞釀出臺配套支持政策。海上風(fēng)電所處的沿海地區(qū)經(jīng)濟較為發(fā)達(dá)，具有支持海上風(fēng)電發(fā)展的條件，國家鼓勵省級能源主管部門向省(區(qū)、市)政府提出建議，并積極協(xié)調(diào)財政、價格主管等部門，結(jié)合本地區(qū)產(chǎn)業(yè)升級、能源需求、海上風(fēng)電建設(shè)條件等具體情況，在國家價格主管部門確定的海上風(fēng)電上網(wǎng)電價的基礎(chǔ)上，研究出臺本地區(qū)的配套補貼政策，進一步提高項目的收益水平和海上風(fēng)電的市場競爭力。今后將切實發(fā)揮政策的支持和市場的導(dǎo)向作用，有效帶動當(dāng)?shù)刂圃鞓I(yè)發(fā)展，促進沿海地區(qū)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整。但受多種因素影響，我國海上風(fēng)電建設(shè)總體進展仍較為緩慢。

為了加快海上風(fēng)電建設(shè)，各省級能源主管部門要按照國務(wù)院簡政放權(quán)的要求，精簡項目前置審批手續(xù)，簡化審批流程和管理程序，建立部門間的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)機制，積極做好與海洋、海事、環(huán)保、軍事部門的溝通協(xié)調(diào)，明確各部門的管理和審批環(huán)節(jié)要求，公布各類手續(xù)辦理流程和有關(guān)要求，解決好目前項目建設(shè)面臨的矛盾和問題，幫助企業(yè)協(xié)調(diào)落實項目建設(shè)的用海場址等問題，促進具備條件的項目盡早開工建設(shè)。

2　我國海上風(fēng)電裝機情況

表1　海上風(fēng)電開發(fā)建設(shè)規(guī)劃方案統(tǒng)計表（2014～2016年）

2015 年，我國海上風(fēng)電新增裝機100 臺，容量達(dá)到360.5 MW，同比增長58.4％。其中，潮間帶裝機58 臺，容量181.5 MW，占海上風(fēng)電新增裝機總量的50.35％ ；其余49.65％ 為近海項目，裝機42 臺，容量179 MW。2015 年，上海電氣的海上風(fēng)電機組供應(yīng)量最大，占比達(dá)83.2％ ；其次是湘電風(fēng)能，海上風(fēng)電吊裝容量占比為13.9％。

截至2015 年底，中國已建成的海上風(fēng)電項目累計裝機容量達(dá)1014.68 MW。其中，潮間帶為611.98 MW，占海上裝機容量的60.31％，近海風(fēng)電為402.7 MW ，占39.69％。截至2015 年底，海上風(fēng)電機組供應(yīng)商共10家，累計裝機容量達(dá)100 MW 以上的有：上海電氣、華銳風(fēng)電、遠(yuǎn)景能源、金風(fēng)科技，這4家企業(yè)海上風(fēng)電機組裝機容量占總量的86.6％。

截至2015 年底，在所有吊裝的海上風(fēng)電機組中，單機容量為4 MW 機組最多，累計裝機容量達(dá)352 MW，占海上裝機容量的34.69％；其次是2.5 MW 機組，裝機容量占18.48％；3 MW 裝機容量占17.74％；其余不同功率風(fēng)電機組裝機容量占比均不足10％。我國目前單機容量最大的是6 MW 機組，除聯(lián)合動力和明陽風(fēng)電的產(chǎn)品外，金風(fēng)科技在2015 年新增吊裝1臺6 MW 機組。

表2　2008～2015年我國海上風(fēng)電新增和累計裝機容量

表3　2015年我國風(fēng)電機組制造商海上風(fēng)電累計裝機容量

3　我國海上大功率風(fēng)電機組設(shè)計、制造、研發(fā)的現(xiàn)狀

3.1華銳風(fēng)電大型海上風(fēng)電機組研發(fā)現(xiàn)狀

華銳風(fēng)電SL6000系列風(fēng)力發(fā)電機組風(fēng)輪直徑長達(dá)128 m，該機組可適應(yīng)-45 ℃的極限溫度，并通過了62.5 m/s的極限風(fēng)速測試。

SL6000機組采用“2級行星+1級平行軸齒輪傳動和雙饋式異步發(fā)電機”技術(shù)，保證機組的高可靠性和經(jīng)濟性；通過優(yōu)化變流器技術(shù)，使之具有優(yōu)越的并網(wǎng)特性，電網(wǎng)適應(yīng)能力強；此外，卓越的低電壓穿越能力，可滿足各國電網(wǎng)導(dǎo)則的嚴(yán)苛要求；在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)(CMS)實時監(jiān)測機組主軸承、齒輪箱、發(fā)電機運行狀態(tài)，實現(xiàn)故障預(yù)診斷；特殊的防腐系統(tǒng)，滿足了海上高鹽霧和高腐蝕的運行環(huán)境；其還具有大部件自維修系統(tǒng)，使整臺風(fēng)機無需外部吊車即可對齒輪箱、發(fā)電機、葉片等核心部件進行更換，從而有效降低吊裝維護成本和維護時間，提高機組可利用率。目前，SL6000型6 MW機組已安裝在海上風(fēng)電場，處于運行考核階段。

3.2金風(fēng)科技海上風(fēng)電機組研發(fā)現(xiàn)狀

2010年，金風(fēng)科技2.5 MW海上風(fēng)電機組中標(biāo)了裝機容量為40萬kW的江蘇潮間帶風(fēng)電場。目前，金風(fēng)科技2.5 MW海上風(fēng)電機組已批量應(yīng)用于潮間帶風(fēng)電場。

面向未來，金風(fēng)科技研制了6 MW直驅(qū)永磁式海上風(fēng)電機組，風(fēng)輪直徑126 m，輪轂高度約100 m，采用永磁同步風(fēng)電機和全功率變流器；目前已完成整體設(shè)計和零部件試制，樣機已于2013年12月在江蘇大豐安裝完畢，是當(dāng)前國內(nèi)功率最大的直驅(qū)永磁風(fēng)電機組。

3.3東方汽輪機海上風(fēng)電機組研發(fā)現(xiàn)狀

東方汽輪機研制出5 MW海上風(fēng)電機組，機型采用“高速齒輪箱+永磁發(fā)電機+全功率變流器”的技術(shù)組合。該機組采用全封閉、鹽霧過濾設(shè)計，具備有效的防腐功能。樣機已于2013年上半年在江蘇如東潮間帶風(fēng)電場并網(wǎng)發(fā)電。

3.4明陽公司研制6 MW海上風(fēng)電機組

為減輕海上運輸和吊裝的難度，廣東明陽公司研制了兩葉片緊湊型6 MW海上風(fēng)電機組。該機型采用“兩葉片風(fēng)輪+中速齒輪箱+永磁發(fā)電機+全功率變流器”的技術(shù)組合。

2014年11月3日，明陽風(fēng)電6 MW 超緊湊海上風(fēng)電機組在江蘇如東國家實驗風(fēng)場成功吊裝。

該機組采用“兩葉片、液壓獨立變槳、中速齒輪箱和永磁同步發(fā)電機技術(shù)”，具有高發(fā)電量、高可靠性、低度電成本、防鹽霧、抗雷擊、抗臺風(fēng)等獨特優(yōu)勢。與傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)相比，其關(guān)鍵技術(shù)和優(yōu)勢體現(xiàn)在“超緊湊的傳動鏈”“輕量化結(jié)構(gòu)” “集成化液壓系統(tǒng)” “全密封設(shè)計”4方面。

3.5湘電風(fēng)能海上風(fēng)電機組研發(fā)現(xiàn)狀

湘電風(fēng)能5 MW風(fēng)電機組采用永磁直驅(qū)海上風(fēng)力發(fā)電機，攻克了海上風(fēng)力發(fā)電機組整機集成技術(shù)、專有單主軸承同步永磁發(fā)電機設(shè)計技術(shù)、海上風(fēng)力發(fā)電機組冷卻系統(tǒng)及防腐防潮設(shè)計技術(shù)、大功率高葉尖線速度的復(fù)合材料葉片等難關(guān)，與歐洲已在試運行的幾種同功率等級的風(fēng)電機組比較，具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、運行可靠、單位功率對應(yīng)質(zhì)量最輕、便于維護等顯著特點；并與歐洲資深海上風(fēng)電運營商共同打造風(fēng)機的基礎(chǔ)設(shè)計及方便快捷的吊裝方案。

目前，湘電風(fēng)能已形成XD115/128等一系列5 MW風(fēng)電機組，包括陸地、海上、潮間帶系列機型，最長葉輪直徑達(dá)128 m，大幅提高了風(fēng)資源的有效利用率，是技術(shù)領(lǐng)先的電網(wǎng)友好型風(fēng)電機組，具有單機功率大、風(fēng)能利用效率高、經(jīng)濟效益好等優(yōu)點。

該機組樣機已于2012年在福建省福清海上風(fēng)電項目和荷蘭各安裝1臺。10臺該機組產(chǎn)品已于2016年7月在福建省莆田平海灣海上風(fēng)電項目并網(wǎng)發(fā)電。

3.6中船重工（重慶）海裝風(fēng)電海上風(fēng)電機組研發(fā)現(xiàn)狀

中船重工(重慶)海裝風(fēng)電自主研發(fā)的5 MW海上風(fēng)電機組為變槳變速功率調(diào)節(jié)、三葉片、上風(fēng)向、水平軸、高速永磁式全功率并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，具有技術(shù)先進、可靠性高、可維護性好、電網(wǎng)適應(yīng)性好等特征，具有低電壓穿越能力，采用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化設(shè)計，可對風(fēng)機輸出功率進行在線設(shè)置。該公司瞄準(zhǔn)國際前沿技術(shù)，攻克難關(guān)自主研發(fā)，擁有全部知識產(chǎn)權(quán)。

2012年7月27日，海裝風(fēng)電自主研發(fā)的5 MW海上風(fēng)電機組在重慶海裝風(fēng)電總裝基地成功下線。該機組采用“全功率變流器、機艙全封閉結(jié)構(gòu)+內(nèi)部空空冷循環(huán)系統(tǒng)”。機頭結(jié)構(gòu)緊湊，重量比同級別風(fēng)電機組輕15％。該機組已于2012年10月在江蘇省如東潮間帶風(fēng)電場安裝2臺。

3.7上海電氣海上風(fēng)電機組研發(fā)現(xiàn)狀

上海電氣3.6 MW海上風(fēng)機風(fēng)輪直徑達(dá)116 m，采用變速變槳恒頻控制，結(jié)構(gòu)緊湊。上海電氣3.6 MW海上風(fēng)電機組于2010年8月17日在位于臨港的試驗風(fēng)電場中，順利實現(xiàn)自動并網(wǎng)。

2014年 11月，上海電氣-西門子4.0 MW風(fēng)力發(fā)電機組下線。該機組是上海電氣引進西門子設(shè)計的大容量海上風(fēng)電機組，也是西門子在我國組裝生產(chǎn)的首臺世界領(lǐng)先的4.0 MW風(fēng)力發(fā)電機組。該機組配備了長達(dá)63 m的葉片，掃掠面積可達(dá)13300 m2，比上一代產(chǎn)品SWT-3.6-120機組增加了18％；同時，簡潔而穩(wěn)固的設(shè)計使該風(fēng)力發(fā)電機組比上一代產(chǎn)品重量更輕并且更加穩(wěn)固；由于配備了新型高效驅(qū)動系統(tǒng)，在IEC-I標(biāo)準(zhǔn)下發(fā)電量可增加15％。所有這些因素都大幅降低了海上風(fēng)力發(fā)電的成本。SWT-4.0機組已經(jīng)完成GL國際型式認(rèn)證，2015年該機組已在江蘇省海上風(fēng)電項目中批量安裝運行。

3.8國電聯(lián)合動力6 MW風(fēng)電機組下線

由國電聯(lián)合動力自主設(shè)計研發(fā)的變速變槳恒頻雙饋式海上風(fēng)力發(fā)電機組于2011年12月25日在連云港生產(chǎn)基地成功下線，并于2012年11 月6日在山東省濰坊市順利完成吊裝。

該6 MW風(fēng)力發(fā)電機組采用外齒圈偏航軸承、大型雙列圓錐主軸承，以及短主軸的緊湊結(jié)構(gòu)形式，大幅減輕了機組的重量；具有獨自變槳功能的控制系統(tǒng)，有效降低了大兆瓦風(fēng)機承受的不均勻載荷；同時還具備低電壓穿越能力及動態(tài)功率調(diào)節(jié)功能，使機組具備良好的電網(wǎng)適應(yīng)性。該機型為海上風(fēng)電場設(shè)計，亦可廣泛應(yīng)用于陸地及潮間帶環(huán)境和不同風(fēng)資源條件的風(fēng)場。該6 MW機組的輪轂中心高95 m，主機艙重量約240 t，尤其值得一提的是，其風(fēng)輪掃掠面積為14519 m2，相當(dāng)于2個標(biāo)準(zhǔn)足球場，大幅提高了捕風(fēng)發(fā)電能力。

該6 MW風(fēng)電機組配套的葉片長66.5 m，葉片生產(chǎn)采用真空灌注的制作工藝，生產(chǎn)效率高；使用高強、高模的碳纖維復(fù)合材料，有效降低了重量，進而降低了機組的載荷，性能穩(wěn)定。

4　總結(jié)及展望

表4為我國重點企業(yè)研制海上風(fēng)電機組的技術(shù)情況。

表4　我國重點企業(yè)研制的海上風(fēng)電機組

從表4可以看出，部分企業(yè)采用了“高速齒輪箱+雙饋發(fā)電機+變流器”的技術(shù)組合；部分企業(yè)采用了“高速齒輪箱+鼠籠異步發(fā)電機+全功率變流器”的技術(shù)組合；部分企業(yè)采用了”直驅(qū)永磁式風(fēng)電機組+全功率變流器”的技術(shù)組合；也有部分企業(yè)采用了“高速齒輪箱+高速永磁式發(fā)電機+全功率變流器”的技術(shù)組合。說明我國海上風(fēng)電機組的技術(shù)路線出現(xiàn)多樣化，但采用全功率變流器的技術(shù)組合已經(jīng)成為主流。

從國外海上風(fēng)電機組發(fā)展來看，2015年德國西門子6 MW永磁直驅(qū)全功率變流風(fēng)電機組已經(jīng)在海上風(fēng)電場批量安裝并且成功并網(wǎng)發(fā)電，法國阿爾斯通公司6 MW永磁直驅(qū)全功率變流風(fēng)電機組和德國Nordex公司6 MW永磁直驅(qū)全功率變流風(fēng)電機組也已經(jīng)在海上風(fēng)電場并網(wǎng)發(fā)電。

因此可預(yù)測，各種全功率變流的技術(shù)組合已經(jīng)成為海上風(fēng)電機組的主流，其中，6 MW以上功率的永磁直驅(qū)全功率變流風(fēng)電機組將在未來海上風(fēng)電場建設(shè)中發(fā)揮越來越重要的作用。

2016-07-18

沈德昌(1947—)，男，本科、研究員，主要從事風(fēng)能產(chǎn)業(yè)和技術(shù)發(fā)展方面的研究。shendc06@126.com